某型飛機充氣口蓋故障分析

劉貴芳，余志明，林振華，程廣林

（中航工業洪都，江西南昌330024）

某型飛機充氣口蓋故障分析

劉貴芳，余志明，林振華，程廣林

（中航工業洪都，江西南昌330024）

針對一起飛機在做地面炮振試驗時，炮口附近充氣口蓋出現的失效進行故障分析。通過對故障口蓋的實地檢查，確定了飛機發生故障的原因，并提出了改進方案，同時，對此方案進行了評估，分析結果表明，該方案大幅降低了口蓋最大變形，提高了口蓋的可靠性。

口蓋鎖；口蓋變形；可靠性

0 引言

如不及時對損壞的口蓋進行修理，將威脅飛機的飛行安全，故必須分析故障產生的原因，提出改進方案，提高口蓋的安全可靠性。

1 口蓋結構形式及工作環境

發生故障的兩個口蓋所采用的結構形式相同，主要由口蓋、鎖、鉸鏈及盒形件組成，見圖1。用于發射炮彈的航炮吊艙安裝在機腹14～18框之間，而故障口蓋位于機身左側第15～17框處機腹部位，靠近航炮吊艙。在做炮振試驗時，口蓋受到高頻不規則振動載荷和噪聲的反復作用，其工作環境較差。

圖1 口蓋結構示意圖

飛機炮振試驗的目的是用于評定飛機結構及設備在炮擊振動環境中的抗振能力。某型飛機在做地面炮振試驗時，炮口附近的充氮及充氧口蓋失效。具體表現為：口蓋自動開啟，口蓋變形，口蓋鎖松動失效。

2 故障產生的原因

通過對故障口蓋的檢查分析，發現口蓋失效的原因主要有以下三個方面：

1）振動環境的影響

飛機在做地面炮振試驗時，結構受到不規則強烈振動，由于構件剛性不同，導致振動頻率不同，構件之間發生劇烈碰撞和摩擦，在剛性較弱處極易發生變形失效[1]。故障口蓋是由1.2mm厚的LY12的硬鋁板材鈑金加工而成，剛性較差，在強烈振動的影響下，極易發生變形。

2）口蓋鎖的影響

故障口蓋為飛機日常維護經常使用的油液氣體填充口蓋，其口蓋鎖為企業標準鎖，是用鉚釘固定在口蓋上，口蓋繞鉸鏈轉動閉合時，鎖舌插進盒形件的上鎖孔中，以達到鎖緊的目的，見圖2。口蓋鎖其內部觸發機構是由厚度為0.5mm的LY12材料制成的彈簧片結構，鎖舌結構最大插入量為13.5mm。該類型口蓋鎖不需用工具便能開啟，且所需開啟力小。但此類型口蓋鎖抗疲勞性能差，彈簧片結構在長期反復使用后易失效。

3）零件加工質量及裝配質量的影響

在此次故障發生后，對該型飛機其它架次的口蓋也進行了檢查，發現口蓋開合時，口蓋鎖均有不同程度的卡澀現象；現場測量發現，口蓋上鎖孔基本不滿足設計要求（偏小），造成快卸鎖卡澀，強迫上鎖，在反復使用后，必然會加速口蓋鎖內部彈簧結構的破壞。另外，由于上鎖孔尺寸偏小，無足夠余量保證鎖舌能夠插入，導致鎖舌插入量不夠。故零件加工質量和裝配質量也是導致此次事故的原因之一。

3 改進方案

根據對口蓋的故障原因分析，對此次故障總的改進設想是：提高口蓋的剛性，更換更可靠的航空標準鎖，以提高零件質量和裝配質量。

1）提高口蓋的剛性

原口蓋由1.2mm厚的LY12的硬鋁板材鈑金加工而成，剛性較差。為提高口蓋的剛性，對口蓋進行了如下改進設計：

（1）對在制品，將口蓋更換新件，并在口蓋內部沿縱向增加兩根型材，提高口蓋的剛度，見圖3（a）。

（2）對后續新生產的飛機，為減少零件數量，提高整體性，將口蓋改為由LY12預拉伸板機械加工而成。在口蓋的兩側增加了4mm高的加強筋，并在口蓋鎖安裝處局部加厚，如圖3（b）所示。

2）更換口蓋鎖

原口蓋鎖內部彈簧片結構的抗疲勞性能較差，故更換牌號為HB2-12的航空標準口蓋鎖。該口蓋鎖（HB2-12）用于飛機頻繁開啟的非承力小口蓋，開關時不需用工具，可直接手動打開、閉合[2]。HB2-12口蓋鎖較原口蓋鎖，其優勢在于：

（1）HB2-12口蓋鎖的內部觸發機構有雙重拉伸彈簧，安全可靠；

（2）HB2-12口蓋鎖鎖舌插入量較大，而插入量越大，抗松脫的效果則越好。

圖3 改進后的口蓋結構圖

3）重視零件的加工質量及裝配質量

在零件的生產加工過程中應重視對零件原始質量的評估，上鎖孔的尺寸應滿足設計要求，對不滿足要求的零件應采取補加工或報廢處理。在口蓋鎖裝配時，應保證鎖舌插入上鎖孔的長度滿足要求，口蓋鎖安裝好后，首次使用時應對其閉合力進行檢查，如發現有卡澀現象，應及時檢查原因。

4 改進方案評估

依據飛機航炮吊艙炮口壓力場測試報告，炮口附近各測量點壓力最大值為0.0544MPa，吸力最大為0.0321 MPa。分別根據改進前和改進后口蓋結構建立局部有限元模型，口蓋和口蓋鎖連接鉚釘采用MPC模擬，鎖舌與孔間采用MPC約束鎖舌局部坐標Y向位移，如圖4、圖6所示。將載荷施加在整個外蒙皮和口蓋上，經msc/nastran分析軟件計算，分別計算最大壓力和最大吸力情況下口蓋變形，計算結果如圖5、圖7所示。

圖4 原口蓋結構局部有限元模型

圖5 改進前口蓋的變形情況

圖6 改進后口蓋結構局部有限元模型

根據計算結果，原方案在最大壓力情況下，結構的最大變形為5.54mm，最大吸力情況下，結構的最大變形為3.30mm，而改進方案在最大壓力情況下，結構的最大變形為4.46mm，最大吸力情況下，結構的最大變形為2.64mm。改進方案較原方案的最大變形量分別減少了19.5%和20%，從分析結果來看，改進方案提高了口蓋的剛度。改進方案與原方案變形量對比情況見表1。

表1 改進方案與原方案變形量對比

5 結語

飛機炮口附近充氣口蓋變形，口蓋鎖松動，是剛性不足的結構在強烈振動和噪聲的特殊環境下的破壞結果；因此，飛機口蓋鎖的選用十分重要，在選用口蓋鎖時，既要滿足口蓋的維修要求，又要保證口蓋的強度設計指標，以保證裝機使用的維修性和安全性；同時，零件的加工質量及裝配質量對口蓋的可靠性有直接的影響。

圖7 改進后口蓋的變形情況

[1]周永南.強五D飛機機尾罩下蒙皮鉚釘松動、脫落原因淺析[J].洪都科技，2000，4：（16-18）.

[2]楊文芳.淺談飛機口蓋鎖的選用[J].航空標準化與質量，2011，3：（48-50）.

>>>作者簡介

劉貴芳，女，1984年4月出生，2009年畢業于大連理工大學，工程師，現從事飛機結構設計工作。

Analysis on failure of aircraft charging access cover

Liu Guifang,Yu Zhiming,Lin Zhenhua,Cheng Guanglin
(AVIC Hongdu Aviation Industry Group,Nanchang,Jiangxi,330024)

This paper presents analysis on failure of charging access cover near the gun muzzle happened in the ground gun vibration test.After checking of defective access cover on the site,the cause is found.an improvement plan is proposed and evaluated.The analysis result shows the plan can reduce the max.deformation of access cover greatly and improve reliability of access cover.

access cover lock;access cover deformation;reliability

2016-01-09）